第一章 绪论
3. 可靠性不好。所有的测量功能与采集功能均在工控机上，工控机负担很重。一旦工控机发生故障，整个系统将失去控制。
4. 系统不易扩展。
1.3.3 基于现场总线技术的PLC网络
20世纪80年代后期，人们在DCS的基础上开始开发一种适用于工业环境的网络结构和网络协议，并实现传感器、控制器层的通信，这就是现场总线[3]。由于从根本上解决了网络控制系统的自身可靠性问题，现场总线技术在计算机监控系统中的应用愈发广泛了国际电工委员会IEC61158对现场总线(fieldbus)的定义是:安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。第2版(Ed2.0) IEC61158-2用于工业控制系统中的现场总线标准一第2部分:物理层规范(Physical Layer Specification)与服务定义(Server definition)又进一步指出:现场总线是一种用于底层工业控制和测量设备，如变送器(transducers )、执行器(actuators)和本地控制器(local controllers)之IN的数字式、串行、多点通信的数据总线。对现场总线概念的理解和解释还存在一些不同的表述。例如，现场总线一般是指“一种用于连接现场设备，如传感器(sensors)、执行器及像PLC、调节器(regulators)、驱动控制器等现场控制器网络.现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式，数字化、多点能信的底层控制网络；现场总线是一种串行的数字数据通信链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备（现场设备）之间以及更高层次自动控制领域的自动化控制设备（车间级设备）之间的联系；现场总线是连接控制系统中现场装置的双向数字通信网络;现场总线是用于过程自动化和制造自动化(最底层)的现场设备或现场仪表互连的现场数字通信网络，是现场通信网络与控制系统的集成;现场总线是从控制室联结到现场设备的双向全数字通信总线在自动化领域，“现场总线”一词是指安装在现场的计算机、控制器以及生产设备等连接构成的网络。
现场总线是当今3C技术即通信(Communication)技术、计算机(Computer)技术、控制(Control)技术发展的结合点，是网络技术发展在控制领域的体现及其发展到现场的结果。现场总线是自动化领域技术发展的热点之一，将对传统的工业自动化带来革命，
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从而开创自动化的新纪元。它必将逐步取代传统的独立控制系统，集中采集控制系统和集散控制系统，成为本世纪自动控制系统的主流。现场总线所具有数字化、开放性、分散性、互操作性与互换性及对现场环境适应性等特点[4]，这些特点决定和派生出了一系列优点:
1. 线和连接附件大量减少。
2. 表和输入/输出转换器(卡件)大量减少。 3. 设计、安装和调试费用大大降低。 4. 维护开销大幅度下降。 5. 提高了系统可靠性。
6. 提高了系统测量与控制的精度。 7. 系统具有优异的远程监控功能。 8. 现场设备更换和系统扩展更为方便。
1.4 本文研究内容和重点
本文在参考大量文献资料的基础上，结合韶关市罗家路排水泵站的自动化改造项目，对泵站的计算机监控系统进行了研究，其主要研究内容是利用西门子的人机界面HMI软件WinCC对系统上位机的设计研究。全文共分五章。第一章对泵站进行了简单的介绍，并对泵站监控系统研究的意义进行了阐述，然后对泵站监控系统的发展现状及发展趋势进行了分析说明。第二章主要对系统的工艺要求进行了说明，基本明确了系统的研究方法。第三章讲对泵站控制系统PLC程序设计。第四章是本章的重点。在本章中，对监控系统设计的整个过程和步骤做了详细的介绍和说明，并对重要的图形界面分别做了说明。第五章是项目实现与评估，主要对本设计的运行实现做了描述和进行简单的总结，并对泵站监控系统和自动化技术的未来拓展做了展望。
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第二章 泵站控制系统概述
2.1 控制工艺和功能
2.1.1 泵站主控工艺
污水进入泵站后的工艺流程如下：泵站进水渠——泵站集水池——提升泵房——出水渠——武江。
根据沿江排水泵站的具体工艺要求，可以确定监控工艺。设计要求，系统可以通过各种传感设备自动监测集水池水位，根据水位的高低来自动控制泵机的启停，从而使集水池的水位保持在一个合适的位置。在泵站工作过程中，系统要能够通过与PLC的通讯自动采集和记录泵站工作过程中的各项数据，包括泵站电机的启停工作状态，泵站各个控制柜中的温度和工作电压电流，泵站工作中出现的故障数据等等。在水位超出设备设定范围时，或者系统的其它设备出现故障时，系统能够自动报警。设计要求电机的工作方式可以在自动方式和手动方式中进行选择。
2.1.2 泵站监控系统的功能要求
泵站的监控系统是在泵站控制室内的控制台实现对泵站设备的监测、控制功能，实现监视泵站状态和运行参数、接收故障报警信息、通过智能终端设备下达控制信号，并具有分级报警功能、操作权限管理功能、报表统计和打印功能等。 (1) 状态采集功能:
能动态采集下列信号:电机有功功率；电机无功功率；电机电压；电机电流；集水池水位；冷却水池水位；电网参数；水泵的开停等。 (2) 状态数据的处理与分析
①能对采集数据进行存储;②能对监控参数进行趋势分析; ③能对监控参数进行趋势预报:④能对监控参数的异常状态进行关联分析。 (3) 报警功能
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对监控参数能实施报警功能，能进行记录(包括发生时间、监测参数数据，相关参数数据等)，自动生成异常状态数据库。 (4) 主要设备的运行状态显示
①工艺流程的动态显示;②主要参数的历史曲线及趋势显示;③相关参数的历史曲线及趋势显示;④历史数据及特种一记录显示。 (5) 存储功能
①各种监控参数的动态存储;②各种监控参数的异常动态存储;③控制行为的动态存储。 (6) 查询功能
①各种监控参数的历史数据;②各种监控参数的曲线及趋势;③异常状态查询;④控制行为查询。 (7) 报表及打印功能
①各种监控参数的报表自动生成;②各种监控参数的的指定区段数据打印:③各种监控参数的报表打印;④异常状态及控制行为的报表打印。
2.2 监控系统的总体设计
2.2.1 监控系统的设计特点
排水泵站监控系统任务重大，根据其任务及系统要求，监控系统的设计应该具备以下几个特点[5]：
1、运行上的可靠性
这是最基本也是最重要的要求。由于计算机监测控制系统的运行环境一般都相对恶劣，而且计算机监测控制系统往往负担着重要的任务，它一旦出现故障，将造成整个被监控过程的混乱，引起严重的后果，由此造成的经济损失和对人们生活带来的不便往往远非计算机监测控制系统本身的造价所能比拟的。对计算机监控系统来说，特别对于泵站，可靠性是最重要的。计算机要能长期连续工作，要有较强的抗干扰能力和自检、自恢复功能。为了提高可靠性，要从硬件和软件两方面采取措施。在硬件方面，微机要选择较高的配置和可靠性较高的操作系统，尽量采
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用标准化的功能模块，尤其对接口的可靠性要给予特别的重视。软件方面，也要有一个合理的结构，按模块化的要求设计程序，在可靠性要求特别高的场合，可采用双机或双重化系统。
2、技术上的先进性
计算机监测控制是一个综合性、交叉性强的技术领域，它综合了计算机技术、自动控制、信息处理和通信、检测技术以及生产过程和管理方面的知识，其技术先进性概括来说体现在硬件设备、软件平台和工具、信息处理和控制策略这三个方面。计算机监测控制系统设计的一个原则应当是不盲目追求新技术，而在技术成熟的前提下尽量采用先进的技术。一方而，先进的技术可以获得更好的监测控制效果，从而可能获得更高的经济效益，因此在保证可靠性和经济上允许的前提下，应尽可能采用先进的技术;第二，计算机技术发展十分迅速，硬件和软件更新换代的周期越来越短，采用先进的技术意味着延长系统的生命期限:第三，计算机监测控制系统大多作为整套生产设备的一部分出现，而高技术含量往往又体现在控制系统上，先进技术的采用可以大大提高整套设备的附加值，带来客观的经济和社会效益。
3、使用上的方便性
这包括三方面的含义:其一，是操作上方便。尽可能降低对操作人员的专业技术知识的要求，使他们在较短的时间内或通过说明书能掌握和熟悉操作使用。操作的内容尽可能简单明了，操作的顺序清晰简明，便于记忆。其二，是排错上方便.硬件的排列和安装合理，配有明显的指示或信号显示，并配有查错、诊断、故障报警程序，在故障出现时能及时对它定位并排除。其三，是维护上方便。应尽量采用标准零部件，便于硬件的更换。
4、实时性
计算机自动监控系统对各种信息的采集和处理要满足实时性的要求，对现场各种状态变化要及时响应。为了满足实时性的要求，计算机必须有足够高的时钟频率，性能优良的操作系统，丰富的函数指令以及
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